Zayıf kuvvet, evrendeki tüm maddeyi yöneten dört temel kuvvetten biridir. Diğer üçü yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü kuvvettir. Diğer kuvvetler şeyleri bir arada tutarken, zayıf bir kuvvet onları parçalamada büyük rol oynar.
Zayıf kuvvet yerçekiminden daha güçlüdür, ancak yalnızca çok küçük mesafelerde etkilidir. Kuvvet atom altı seviyede çalışır ve yıldızlara enerji sağlamada ve elementleri yaratmada kritik bir rol oynar. Ayrıca evrendeki doğal radyasyonun çoğundan sorumludur.
Fermi Teorisi
İtalyan fizikçi Enrico Fermi, 1933'te beta bozunmasını, bir nötronu bir protona dönüştürme ve bir elektronu dışarı atma sürecini açıklamak için bir teori geliştirdi ve bu bağlamda genellikle beta parçacığı olarak anılır. Bir nötronun bir protona, bir nötrinoya ve bir elektrona dönüşümünün temel süreci olan ve daha sonra bir antineutrino olarak tanımlanacak olan, bozunmadan sorumlu olan, zayıf kuvvet adı verilen yeni bir kuvvet türü tanımladı.
Fermi aslensıfır mesafe ve yapışma olduğu varsayılmıştır. Kuvvetin çalışması için iki parçacığın temas halinde olması gerekiyordu. O zamandan beri, zayıf kuvvetin aslında çekici bir kuvvet olduğu ve kendisini son derece kısa bir mesafede, yani bir protonun çapının %0,1'ine eşit olarak gösteren çekici bir kuvvet olduğu ortaya çıktı.
Elektrozayıf kuvveti
Radyoaktif bozunmalarda, zayıf kuvvet elektromanyetik kuvvetten yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür. Bununla birlikte, şimdi, özünde elektromanyetik olana eşit olduğu bilinmektedir ve bu iki görünüşte farklı fenomenin, tek bir elektrozayıf kuvvetin tezahürleri olduğu düşünülmektedir. Bu, 100 GeV'den büyük enerjilerde birleşmeleri gerçeğiyle doğrulanır.
Bazen zayıf etkileşimin moleküllerin bozunmasıyla ortaya çıktığını söylerler. Bununla birlikte, moleküller arası kuvvetler elektrostatik bir yapıya sahiptir. Van der Waals tarafından keşfedildiler ve onun adını taşıyorlar.
Standart Model
Fizikte zayıf etkileşim, standart modelin bir parçasıdır - maddenin temel yapısını bir dizi zarif denklem kullanarak tanımlayan temel parçacıklar teorisi. Bu modele göre temel parçacıklar yani daha küçük parçalara bölünemeyenler evrenin yapı taşlarıdır.
Bu parçacıklardan biri kuarktır. Bilim adamları daha az bir şeyin varlığını varsaymıyorlar, ama yine de arıyorlar. 6 tip veya çeşit kuark vardır. onları sıraya koyalımkütle artışı:
- üst;
- alt;
- garip;
- büyülü;
- çok güzel;
- doğru.
Çeşitli kombinasyonlarda, birçok farklı türde atom altı parçacık oluştururlar. Örneğin, protonlar ve nötronlar - atom çekirdeğinin büyük parçacıkları - her biri üç kuarktan oluşur. Üstteki iki ve alttaki bir proton oluşturur. Üstteki bir ve alttaki iki nötron oluşturur. Kuark türünü değiştirmek, bir protonu bir nötrona dönüştürebilir, böylece bir elementi diğerine dönüştürebilir.
Başka bir temel parçacık türü de bozondur. Bu parçacıklar, enerji ışınlarından oluşan etkileşim taşıyıcılarıdır. Fotonlar bir tür bozon, gluonlar bir başkadır. Bu dört kuvvetin her biri, etkileşim taşıyıcılarının değişiminin sonucudur. Güçlü etkileşim gluon tarafından, elektromanyetik etkileşim ise foton tarafından gerçekleştirilir. Graviton teorik olarak yerçekiminin taşıyıcısıdır, ancak bulunamamıştır.
W- ve Z-bozonları
Zayıf etkileşim, W- ve Z-bosonları tarafından taşınır. Bu parçacıklar Nobel ödüllü Steven Weinberg, Sheldon Salam ve Abdus Gleshow tarafından 1960'larda tahmin edilmiş ve 1983'te Avrupa Nükleer Araştırmalar Örgütü CERN'de keşfedilmiştir.
W-bozonları elektrik yüklüdür ve W+ (pozitif yüklü) ve W- (negatif yüklü) sembolleriyle gösterilir. W-boson parçacıkların bileşimini değiştirir. Elektrik yüklü bir W bozonu yayarak, zayıf kuvvet kuark türünü değiştirerek bir proton oluşturur.bir nötron içine veya tam tersi. Nükleer füzyona ve yıldızların yanmasına neden olan budur.
Bu reaksiyon, sonunda süpernova patlamaları tarafından uzaya fırlatılan ve gezegenlerin, bitkilerin, insanların ve Dünyadaki diğer her şeyin yapı taşları haline gelen daha ağır elementler yaratır.
Nötr akım
Z-boson nötrdür ve zayıf bir nötr akım taşır. Parçacıklarla etkileşimini tespit etmek zordur. 1960'larda W ve Z bozonları için yapılan deneysel araştırmalar, bilim insanlarını elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri tek bir "elektrozayıf" olarak birleştiren bir teoriye yöneltti. Bununla birlikte, teori, taşıyıcı parçacıkların ağırlıksız olmasını gerektiriyordu ve bilim adamları, teorik olarak W bozonunun kısa menzilini açıklamak için ağır olması gerektiğini biliyorlardı. Teorisyenler W kütlesini Higgs bozonunun varlığını sağlayan Higgs mekanizması adı verilen görünmez bir mekanizmaya bağladılar.
2012'de CERN, dünyanın en büyük hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı kullanan bilim adamlarının "Higgs bozonuna karşılık gelen" yeni bir parçacık gözlemlediğini bildirdi.
Beta Bozulması
Zayıf etkileşim, β-bozunmasında kendini gösterir - bir protonun bir nötrona dönüştüğü ve bunun tersi süreç. Çok fazla nötron veya proton içeren bir çekirdekte bunlardan biri diğerine dönüştürüldüğünde meydana gelir.
Beta bozunması iki yoldan biriyle gerçekleşebilir:
- Eksi-beta bozunmasında, bazen şöyle yazılır:β− -çürüme, nötron bir proton, bir antinötrino ve bir elektrona bölünür.
- Zayıf etkileşim, bir proton bir nötron, nötrino ve pozitrona bölündüğünde, bazen β+-bozunma olarak yazılan atom çekirdeğinin bozunmasında kendini gösterir.
Elementlerden biri, nötronlarından biri eksi-beta bozunması yoluyla kendiliğinden bir protona dönüştüğünde veya protonlarından biri β+ yoluyla kendiliğinden bir nötrona dönüştüğünde başka bir elemente dönüşebilir.-çürüme.
Çift beta bozunması, çekirdekteki 2 proton aynı anda 2 nötrona dönüştüğünde veya bunun tersi olduğunda meydana gelir ve 2 elektron-antinötrino ve 2 beta parçacığının emisyonuyla sonuçlanır. Varsayımsal bir nötrinosuz çift beta bozunmasında, nötrinolar üretilmez.
Elektronik yakalama
Bir proton, elektron yakalama veya K yakalama adı verilen bir işlemle bir nötrona dönüşebilir. Çekirdeğin nötron sayısına göre fazla sayıda protonu olduğunda, elektron, kural olarak, iç elektron kabuğundan çekirdeğe düşüyor gibi görünüyor. Yörüngenin elektronu, ürünleri kızı çekirdek ve nötrino olan ana çekirdek tarafından yakalanır. Ortaya çıkan yavru çekirdeğin atom numarası 1 azalır, ancak toplam proton ve nötron sayısı aynı kalır.
Füzyon reaksiyonu
Zayıf kuvvet nükleer füzyonla, güneşe ve füzyon (hidrojen) bombalarına güç veren reaksiyonla ilgilidir.
Hidrojen füzyonunun ilk adımı, ikiElektromanyetik etkileşimleri nedeniyle yaşadıkları karşılıklı itmenin üstesinden gelmek için yeterli güce sahip protonlar.
Her iki parçacık birbirine yakın yerleştirilirse, güçlü etkileşim onları bağlayabilir. Bu, kararlı formun (4He) aksine, iki protonlu bir çekirdeğe sahip olan kararsız bir helyum formu (2He) oluşturur., iki nötron ve iki protona sahip.
Bir sonraki adım, zayıf etkileşimdir. Proton fazlalığı nedeniyle, bunlardan biri beta bozunmasına uğrar. Bundan sonra, ara oluşum ve füzyon dahil olmak üzere diğer reaksiyonlar 3He, sonunda kararlı bir 4He oluşturur.
